Сердечно-сосудистые заболевания, также как и онкологические заболевания уверенно держат лидерство среди самых опасных и распространенных болезней XXI века.
В экономически развитых странах болезни сердца являются одними из самых распространенных заболеваний, среди всех причин смертности населения их доля составляет более 20% в Европе и более 50% в РФ (ЕОК, 2008; ВОЗ, 2009). Беспокойство вызывает так же то, что возраст больных неуклонно снижается, соответственно количество случаев сердечных заболеваний постоянно увеличивается. В настоящее время весьма часто бывают случаи, когда в больницы и кардиологические центры обращаются люди с инфарктом миокарда возрастом 23-25 лет. Особенно часто заболевания сердца диагностируются у мужчин трудоспособного возраста[2, 6, 7].
Сердечно-сосудистое заболевание сердца – является ярким примером патологий, течение и исход которых непосредственно зависит от времени обращения к врачу, своевременно поставленного диагноза и начала правильного лечения. Исходя из выше сказанного, симптомы и проявления подобных заболеваний и способы оказания доврачебной помощи при сердечном приступе, необходимо знать каждому человеку, даже тем, кто весьма далек от медицины.
Исследование возможностей электрокардиографа на наносенсорах
Самым доступным и распространенным методом диагностики сердечно-сосудистой системы является электрокардиография, основанная на принципе измерения биопотенциалов с поверхности тела человека при помощи электрокардиографических электродов, которые широко используется во врачебной практике [4]. В клинической практике электрокардиография получила широкое распространение за счет хорошей восприимчивости и высокой информативности получаемых результатов в сочетании с минимальным воздействием на организм человека. Электрокардиография в России получила особенно большое распространение, в настоящее время практически невозможно найти лечебное учреждение, будь то больница или поликлиника, не имеющее у себя на вооружении электрокардиографа.
Исходя из выше сказанного, в лаборатории медицинского приборостроения института неразрушающего контроля ТПУ в течение нескольких лет ведутся работы по повышению разрешения не только отдельных элементов ЭКГ аппаратуры, но и всего комплекса в целом. Применение наноразмерных частиц серебра в конструкции электрокардиографического наносенсора позволило достичь многократного повышения его метрологических характеристик [1, 8, 3]. В совокупности с разработкой малошумящих регистрирующих приборов удалось достичь повышения разрешения сигнала до сотен нановольт (при общепринятых десятках и сотнях микровольт).
Разрабатываемый прибор обладает следующими техническими характеристиками:
-
диапазон входных напряжений от ± 0,0002 мВ до ±20 мВ (по ГОСТ 19687-89 от 0,03мВ до 5 мВ);
-
уровень внутренних шумов от пика до пика – от -0,2мкВ до +0,2мкВ
-
частота квантования – 2000 Гц;
-
ступень квантования – 20 нВ;
-
кол-во каналов – 6;
-
кол-во электродов - 10.
В структуре электрокардиографа отсутствуют фильтры (ФВЧ и заграждающий сетевой фильтр 50 Гц).
Задачи планируемые решать с помощью электрокардиографа:
-
регистрация биопотенциалов сердца, набор статистического материала в норме и патологии;
-
разработка программных фильтров, не вносящих искажения в тонкую структуру исследуемого сигнала;
-
анализ сигналов, обнаружение низкоамплитудных потенциалов в реальном времени (поздних потенциалов предсердий – ППП, поздних потенциалов желудочков – ППЖ);
-
оценка искажений зарегистрированных низкоамплитудных биопотенциалов фильтрами стандартного медицинского диагностического оборудования.
В научно-исследовательском институте кардиологии города Томска были проведены тестовые измерения и исследования электрокардиографа на наносенсорах. Пациенты, имеющие заболевания в сердечно-сосудистой системе, были исследованы с помощью электрокардиографа на наносенсорах в трех грудных отведениях по Небу и в трех отведениях от конечностей (I, II, III). Сразу после снятия результатов, регистрировалась электрокардиограмма на стандартном электрокардиографе по тем же отведениям. Исследования проводились на основе Томского Научно-исследовательского института кардиологии. В качестве стандартного электрокардиографа был использован CardioFax GEM (NIHON KOHDEN)[5]. Медицинские исследования были проведены с обеспечением максимального комфорта для пациента: отсутствие отвлекающих и раздражающих факторов (шум, разговоры, посторонние лица), спокойная обстановка, нормальное освещение и температура в специальном медицинском кабинете. Электрокардиограмма снималась с трех отведений от грудной клетки и конечностей, с каждого отведения длительность записи равна трем минутам. В общем, исследования были проведены на восемнадцати пациентах с различными аномалиями сердечно-сосудистой системы.
На рисунке 1 представлены данные пациента P6, снятые с помощью электрокардиографа на наносенсорах.
а) Электрокардиограмма пациента P6 (Отведение I)
б) Электрокардиограмма пациента P6 (Отведение II)
в) Электрокардиограмма пациента P6 (Отведение III)
Рис. 1. Электрокардиограммы пациента P6, зарегистрированные с помощью электрокардиографа на наносенсорах.
На рисунке 2 представлены данные пациента P6, снятые в тот же день с помощью стандартного электрокардиографа CardioFax GEM (NIHON KOHDEN).
Рис. 2. Электрокардиограммы с трех отведений от конечностей пациента P6, зарегистрированные на стандартном электрокардиографе с разрешением по времени 25мм/с и по амплитуде 10мм/мВ
На рисунке 3 представлены данные пациента с кардиостимулятором P18.
а) электрокардиограмма пациента с кардиостимулятором
б) фрагмент электрокардиограммы пациента с кардиостимулятором
Рис. 3. Электрокардиограммы, зарегистрированные с помощью электрокардиографа на наносенсорах снятые с пациента с кардиостимулятором P18
На рисунке 4 представлены данные пациента P18 с кардиостимулятором, снятые в тот же день с помощью стандартного электрокардиографа CardioFax GEM (NIHON KOHDEN).
Рис. 4. Электрокардиограммы пациента с кардиостимулятором P18, зарегистрированные на стандартном электрокардиографе с разрешением по времени 25мм/с и по амплитуде 10мм/мВ
Заключение
По результатам проведенных медицинских исследований установлено:
-
электрокардиограф на наносенсорах позволяет регистрировать сигнал с уровнем, составляющим единицы мкВ;
-
нет необходимости фильтровать сигнал с электрокардиографа на наносенсорах;
-
запись электрокардиограммы у пациентов с кардиостимулятором не содержит артефакты, вызванные его работой.
В дальнейшем планируется повышение автоматизации прибора, его тестирование и накопление результатов кардиографических исследований.
Работа выполнена при финансовой поддержке «Проведение фундаментальных исследований по выявлению изменений электрокардиографического сигнала нановольтового и микровольтового уровня с целью ранней диагностики сердечно-сосудистых заболеваний» по Госзаданию «Наука».
Рецензенты:
Агафонников В.Ф., д.т.н., профессор кафедры конструирования узлов и деталей РЭС Томского университета систем управления и радиоэлектроники, г. Томск;
Ким В.Л., д.т.н., профессор кафедры вычислительной техники Национального исследовательского Томского политехнического университета, г. Томск.